Автомобильные двигатели (АД) (стр. 2 )

-  ДВС потребляют высококачественное топливо;

-  невозможность непосредственного соединения коленчатого вала с веду­щими колесами машин, что требует дорогих и сложных передаточных ме­ханизмов.

1.2  Классификация автомобильных двигателей

Автомобильные поршневые двигатели внутреннего сгорания класси­фицируются по следующим основным признакам.

По виду применяемого моторного топлива:

-  двигатели, работающие на жидком топливе (бензине, дизельном топливе, спиртах и др.);

-  двигатели, работающие на газовом топливе (на сжиженном газе, на сжа­том газе и др.).

По способу воспламенения рабочей смеси:

-  двигатели с принудительным электроискровым зажиганием (бензиновые и газовые);

-  двигатели с воспламенением от сжатия (дизели).

По способу смесеобразования:

-  двигатели с внешним смесеобразованием, в которых топливо с воздухом смешиваются вне цилиндра, а в цилиндр подается готовая горючая смесь (карбюраторные и газовые двигатели), а также инжекторные двигатели с впрыском топлива во впускную трубу;

-  двигатели с внутренним смесеобразованием, в которых воздух и топливо в цилиндр двигателя подаются раздельно, а смешение топлива с возду­хом происходит внутри цилиндра (дизельные и турбопоршневые двигате­ли, а также инжекторные двигатели с искровым зажиганием и впрыском топлива в цилиндр).

По способу осуществления рабочего цикла:

-  двигатели четырехтактные, в которых рабочий цикл осуществляется за че­тыре такта (за два оборота коленчатого вала);

-  двигатели двухтактные, в которых рабочий цикл осуществляется за два такта (за один оборота коленчатого вала).

По способу наполнения цилиндра свежим зарядом:

-  вследствие разряжения в полости цилиндра (атмосферные двигатели);

-  под избыточным давлением (наддуве) свежего заряда.

По числу цилиндров:

-  одно - и многоцилиндровые (1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 12, 16).

По расположению цилиндров:

-  двигатели однорядные с вертикальным, наклонным и горизонтальным расположением цилиндров (1, 2, 3, 4, 5, 6-цилиндровые);

-  двигатели двухрядные, V - образные (6, 8, 12-цилиндровые), а также оппозитные двигатели с горизонтальным расположением цилиндров.

Двигатели внутреннего сгорания разделяются также по средней скоро­сти поршня на тихоходные (до 10 м/с) и быстроходные (более 10 м/с); по системе охлаждения – с жидкостным и воздушным охлаждением; по рабоче­му объему цилиндров.

1.3  Общее устройство автомобильных двигателей

Поршневой автомобильный двигатель (АД) внутреннего сгорания представляет собой совокупность механизмов и систем, выполняющих опре­деленные функции и обеспечивающих своей работой протекание рабочего цикла двигателя. Современные поршневые двигатели внутреннего сгорания представляют собой сложные агрегаты, состоящие из механизмов, устройств, систем и отдельных, деталей.

1.3.1  Основные механизмы и системы двигателя

Автомобильные двигатели (бензиновые и дизельные) состоят из меха­низмов – кривошипно-шатунного (КШМ) и газораспределительного (ГРМ) и систем – охлаждения, смазывания, питания, пуска. У бензиновых двигателей имеется, кроме того, система зажигания.

На рис. 1 представлена схема общего устройства одноцилиндрового двигателя.

Кривошипно-шатунный механизм является основным рабочим меха­низмом поршневого двигателя внутреннего сгорания. Он состоит из цилинд­ра, поршня с поршневыми кольцами (компрессионными и маслосъемными), шатуна, коленчатого вала, установленного в коренных подшипниках, и махо­вика. Верхняя головка шатуна шарнирно соединена поршневым пальцем с поршнем, а нижняя головка – с коленчатым валом через шатунные подшип­ники. Блок-картер является остовом двигателя, в котором устанавливаются и на котором крепятся отдельные механизмы, устройства и детали всего двига­теля.

КШМ воспринимает силу давления газов, действующую на поршень, и преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Маховик является аккумулятором механической энергии и служит для получения равномерного хода двигателя.

Рис. 1. Схема общего устройства одноцилиндрового двигателя: 1 – блок-картер; 2 – поршень; 3 – поршневой палец; 4 – поршневые кольца; 5 – детали крепления; 6 – головка цилиндров; 7 – впускной коллектор; 8 – впускной клапан; 9 – впускной распределительный вал; 10 – выпускной распределительный вал; 11 – выпускной клапан; 12 – выпускной коллектор; 13 – шатун; 14 – коленчатый вал;

15 – опоры двигателя; 16 – поддон картера

Газораспределительный механизм служит для своевременного откры­тия и закрытия клапанов, что необходимо для наполнения цилиндра свежим зарядом (горючей смесью у бензиновых и газовых АД или воздухом у ди­зельных АД) и выпуска отработавших газов из цилиндра. Таким образом, ГРМ обеспечивает процессы газообмена в АД. ГРМ с верхним расположени­ем клапанов и нижним расположением распределительного вала у четырех­тактных двигателей состоит из следующих основных деталей: распредели­тельного вала с кулачками и приводной шестернею, толкателей, штанг, ко­ромысел, впускных и выпускных клапанов и клапанных пружин.

Система охлаждения служит для отвода части тепла от стенок цилинд­ра и головки, сильно нагревающихся при сгорании топлива в цилиндре дви­гателя. На АД применяют в основном закрытую жидкостную систему охлаж­дения с принудительной циркуляцией жидкости, осуществляемой жидкост­ным насосом. Система охлаждения обеспечивает нормальное тепловое со­стояние АД на всех режимах работы двигателя. Температура охлаждающей жидкости нормально работающего двигателя находится в пределах 85–95 °С.

Смазочная система обеспечивает подачу необходимого количества и давления очищенного смазочного материала (моторного масла) к трущимся поверхностям деталей КШМ и ГРМ для уменьшения силы трения и сниже­ния их износа, а также для частичного охлаждения трущихся поверхностей, уплотнения зазоров и удаления продуктов износа из зоны трения.

Система питания служит для подачи отдельно топлива и воздуха в ци­линдр дизельного двигателя или для приготовления горючей смеси из мелкораспыленного топлива и воздуха в карбюраторе бензинового двигателя, а также выпуска отработавших газов, их нейтрализации и глушения шума.

Система зажигания необходима для воспламенения рабочей смеси в цилиндрах бензиновых и газовых АД при помощи электрической искры.

Система электрического пуска двигателя служит для проворачивания коленчатого вала при его пуске.

Современные четырехтактные автомобильные двигатели выполняются многоцилиндровыми: четырех-, шести - и восьмицилиндровыми. Расположе­ние цилиндров может быть однорядным и двухрядным V-образным. V-образное расположение цилиндров при одинаковых объемах позволяет уменьшить габариты и массу двигателя по сравнению с рядным расположением цилиндров, а следовательно, более удобно расположить место водителя и органы управления.

Четырехцилиндровые АД в основном выполняются рядными с верти­кальным расположением цилиндров и применяются для легковых автомоби­лей.

Восьмицилиндровые АД выполняются с двухрядным V-образным расположении цилиндров с углом развала между рядами цилиндров 90° и применяются для грузовых автомобилей.

Шестицилиндровые двигатели выполняются рядными и V-образными и применяются как для легковых, так и для грузовых автомобилей.

Нумерация цилиндров ведется от вентилятора двигателя.

1.3.2  Работа автомобильного двигателя

В поршневом АД преобразование тепловой энергии в механическую происходит в замкнутом объеме камеры сгорания, который образуется по­верхностями цилиндра (в верхней его части), головки цилиндра и днищем поршня.

Топливо и воздух, необходимый для сгорания топлива, раздельно или в смешанном состоянии вводятся в камеру сгорания через впускной клапан и форсунки и воспламеняются. Образовавшиеся при сгорании газы с высокой температурой и давлением перемещают поршень поступательно вдоль оси цилиндра. Поршень через шатун передает усилие на коленчатый вал, повора­чивая его вокруг оси, создавая крутящий момент, который через трансмис­сию передается на ведущие колеса автомобиля. Отработавшие газы вытес­няются из цилиндра при обратном движении поршня через выпускной кла­пан и далее через выпускной трубопровод и глушитель в атмосферу.

Процесс сгорания топлива в отдельных цилиндрах АД происходит пе­риодически. Сгоранию каждой порции топлива предшествуют процессы га­зообмена, т. е. ввод в цилиндр свежего заряда и вывод из цилиндра отрабо­тавших газов.

При вращении коленчатого вала поршень дважды за один оборот останавливается и меняет направление движения.

С работой поршневых АД связаны следующие понятия:

ВМТ (верхняя мертвая точка) – максимальное удаление поршня от оси коленчатого вала, при этом поршень, шатун и кривошип располагаются на одной прямой. Это положение кривошипа принимается за начало отсчета уг­лов

α = 0° поворота кривошипа относительно оси цилиндра (верхнее крайнее положение поршня).

НМТ (нижняя мертвая точка) – минимальное удаление поршня от оси коленчатого вала, при этом α = 180°, или полуоборота – нижнее крайнее по­ложение поршня.

R – радиус кривошипа – расстояние от оси коренной шейки до оси ша­тунной шейки коленчатого вала.

S – ход поршня – расстояние, проходимое поршнем от одной до другой

мертвой точки (S = 2R).

Vc – объем камеры сгорания – объем над поршнем, находящимся в ВМТ.

Va – полный объем цилиндра – объем над поршнем, находящимся в НМТ.

Vh – рабочий объем цилиндра – объем цилиндра, заключенный между мертвыми точками.

Рабочий объем цилиндра определяется по формуле:

где D – диаметр цилиндра.

Рабочий объем двигателя (литраж) VH равен сумме рабочих объ­емов всех цилиндров:

где i – число цилиндров двигателя.

ε – степень сжатия – отношение полного объема цилиндра Va к объему камеры сгорания Vc: